CN105532074A - 变换器和操作用于将电流提供给发光装置的变换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将电流提供到发光装置(8、9)的变换器，所述变换器(6、7；10；90；100)包括输入端(11、12)，所述输入端被配置成接收直流电源电压；至少第一可控开关(21；41、43)和第二可控开关(22；42、44)，所述第一可控开关(21；41、43)电连接在所述输入端(11、12)与电感器(13)之间，所述第二可控开关(22；42、44)电连接在所述输入端(11、12)与所述电感器(13)之间；串联连接的第一二极管(14)和第二二极管(15)；与第一二极管(14)并联连接的第一电容(16)和与第二二极管(15)并联连接的第二电容(17)；所述电感器(13)具有联接到至少一个可控开关(21、22；41-44)的端子和联接到第一二极管(14)的阳极和所述第二二极管(15)的阴极的另一个端子；以及控制设备(20)，所述控制设备(20)控制第一可控开关(21；41、43)和第二可控开关(22；42、44)，其中，所述控制设备(20)被配置成调节第一可控开关(21；41、43)的切换频率和第二可控开关(22；42、44)的切换频率，以设置变换器(6、7；10；90；100)的输出电流。

Description

变换器和操作用于将电流提供给发光装置的变换器的方法
技术领域
本发明涉及用于将电流馈送到发光装置的变换器和控制这样的变换器的方法。本发明特别涉及可作为直流(DC)/DC变换器操作的变换器。
背景技术
诸如基于发光二极管(LED)或者放电灯的光源的新型光源变得越来越普及。用于这样的光源的变换器可操作以将输出电流馈送到发光装置，例如，馈送到无机或者有机发光二极管(LED)。
期望的是变换器可以用于结合广泛的多种发光装置操作。为了说明，根据被使用的LED的类型和LED互连的方式，基于LED的发光装置可以具有广泛的多种不同负载电压。为了适应不同负载电压，可以使用在反馈环中测量并且使用变换器的输出电流的闭环控制方案。输出电流的测量可能增加变换器的复杂性和成本，这是不期望的。
发明内容
在本领域中存在对驱动器被配置成提供不呈现对负载电压的显著依赖的电流的设备、系统和方法的持续需要。特别是存在对驱动器具有允许在不要求测量输出电流的情况下控制输出电流的拓扑的设备、系统和方法的需要。
根据实施方式，用于将电流提供到发光装置的驱动器电路被配置为DC/DC变换器。该变换器包括串联连接的第一二极管和第二二极管、以及联接到第一二极管的阳极和第二二极管的阴极的电感器。提供至少一个可控开关以控制在电感器的端子处的电势。例如，可以通过控制至少一个可控开关的切换频率在开环控制中控制输出电流。
根据实施方式，提供如由独立权利要求限定的变换器和方法。从属权利要求限定进一步实施方式的特征。
根据实施方式的用于将电流提供到发光装置的变换器包括：输入端，所述输入端被配置成接收直流电源电压；第一可控开关，所述第一可控开关电连接在所述输入端与电感器之间；以及第二可控开关，所述第二可控开关电连接在所述输入端与所述电感器之间；与所述第一二极管并联连接的第一电容和与所述第二二极管并联连接的第二电容，所述电感器具有联接到至少一个可控开关的端子和联接到所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极的另一个端子；以及控制设备，所述控制设备控制所述第一可控开关和所述第二可控开关，其中，所述控制设备被配置成调节所述第一可控开关的切换频率和所述第二可控开关的切换频率以设置变换器的输出电流。
用于将电流提供到发光装置的变换器包括被配置成接收直流电源电压的输入端。变换器包括联接到输入端的至少一个可控开关。变换器包括串联连接的第一二极管和第二二极管。变换器包括具有联接到至少一个可控开关的端子和联接到第一二极管的阳极和第二二极管的阴极的另一个端子。
第一二极管的阴极可以联接到变换器的第一输出端子。第二二极管的阳极可以联接到变换器的第二输出端子。第一输出端子和第二输出端子可以连接至发光装置。
发光装置可以连接至第一输出端子和第二输出端子。
变换器可以被配置成使得经由所述第一二极管和所述第二二极管中的至少一个在所述电感器与所述发光装置之间传输电流。
变换器可以包括与第一二极管并联连接的第一电容和与第二二极管并联连接的第二电容。第一电容可以包括第一电容器。第二电容可以包括第二电容器。第一电容和第二电容可以具有相等电容。
第二电容可以被配置成在电感器中的电流方向反转之后在第二二极管开始导通之前引入时间延迟。这增强了所述电感器与所述发光装置之间的电流传输。
第二电容可以被配置成经由电感器驱动第二电容的放电电流，直到在电感器中的电流方向反转之后第二二极管开始导通为止。在第二电容被放电的同时，第二电容可以被充电。
第一电容可以被配置成在电感器中的电流方向的另一次反转之后在第一二极管开始导通之前引入时间延迟。这增强了电感器与发光装置之间的电流传输。
至少一个可控开关可以包括连接在所述输入端与所述电感器之间的第一可控开关、以及连接在所述输入端与所述电感器之间的第二可控开关。
第一可控开关可以连接在变换器的第一输入端子与电感器的端子之间。第二可控开关可以连接在变换器的第二输入端子与电感器的端子之间。在变换器的操作中，第一输入端子可以处于第一电势，并且第二输入端子可以处于低于第一电势的第二电势。
变换器可以是半桥谐振变换器。可以分别控制第一可控开关和第二可控开关以改变在电感器的端子处的电势，将能量从所述输入端传输到变换器的输出端。变换器可以在谐振模式下操作。控制设备可以被配置成调节第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率，以设置变换器的输出电流。
变换器可以包括控制设备，该控制设备控制第一可控开关和第二可控开关，以设置变换器的输出电流。
控制设备可以被配置成执行开环控制以设置变换器的输出电流。
控制设备可以被配置成将第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率调节为目标输出电流的函数。
控制设备可以被配置成将第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率调节为目标输出电流和DC电源电压二者的函数。
控制设备可以被配置成将第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率调节为目标输出电流和负载电压的函数。控制设备可以被配置成将第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率调节为目标输出电流、DC电源电压和负载电压的函数。
控制设备可以被配置成增加切换频率以减小变换器的输出电流，同时目标输出电流大于阈值。变换器可以在谐振模式下操作，同时目标输出电流大于阈值。
控制设备可以被配置成当目标输出电流低于阈值(即，针对小于暗水平(dimlevel)阈值的暗水平)时，以脉冲方式选择性地控制第一可控开关和第二可控开关。当目标输出电流低于该阈值时，控制设备可以被配置成将其切换第一可控开关和第二可控开关的第一时间间隔的长度和/或其不切换第一可控开关和第二可控开关的第二时间间隔的长度调节为暗水平的函数。控制设备可以被配置成关于目标输出电流线性地增加导通持续时间。可以通过使用针对较小目标输出电流的脉冲操作，防止不期望的颜色改变。
控制设备可以被配置成在电感器中的电流具有零交叉之前选择性地导通第一可控开关或者第二可控开关。
变换器可以包括与第一可控开关并联连接的第三电容和与第二可控开关并联连接的第四电容。随着第一开关和第二开关分别被导通，第三电容和第四电容可以分别限制功耗。
变换器可以包括连接在第一输入端子与第一输出端子之间的电容器。二极管可以与电容器并联连接。
变换器可以包括连接在第二输入端子与第二输出端子之间的另一个电容器。另一个二极管可以与该另一个电容器并联连接。
变换器可以包括连接在第一输出端子与第二输出端子之间的电容器。
变换器可以包括连接在第一输入端子与第二输入端子之间的电容器。
根据实施方式的光源包括根据实施方式的变换器和连接至变换器的输出的发光装置。
根据实施方式的系统包括电压源总线、根据实施方式的变换器、以及发光装置。变换器的输入端连接至电压源总线。发光装置连接至变换器的输出端。
发光装置可以包括至少一个LED。发光装置可以包括至少一个无机LED。发光装置可以包括至少一个有机LED(OLED)。
系统可以包括连接至总线的AC/DC变换器。AC/DC变换器可以具有接收AC电压的输入端，并且可以被配置成在电源总线上生成DC电源电压。
根据另一个实施方式，提供操作用于将电流提供到发光装置的变换器的方法。
变换器包括接收直流电源电压的输入端、联接到该输入端的至少一个可控开关、串联连接的第一二极管和第二二极管、以及电感器，该电感器具有联接到至少一个可控开关的一个端子和联接到第一二极管的阳极和第二二极管的阴极的另一个端子。控制至少一个可控开关以经由第一二极管和第二二极管中的至少一个在电感器与输出端之间传输电流。
可以在实施方式中实现的方法的附加特征和由此获得的效果对应于实施方式的设备的特征和效果。
为了说明起见，至少一个可控开关可以包括第一可控开关和第二可控开关。该方法可以包括控制第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率，以设置变换器的输出电流。
可以在不要求执行输出电流的电流测量的开控制环中控制切换频率。
切换频率可以被调节为目标输出电流的函数。
切换频率可以被调节为目标输出电流和DC电源电压二者的函数。
切换频率可以被调节为目标输出电流和负载电压的函数。切换频率可以被调节为目标输出电流、DC电源电压和负载电压的函数。
可以增加切换频率以减小变换器的输出电流，同时目标输出电流大于阈值。
当目标输出电流小于阈值时，第一可控开关和第二可控开关可以以脉冲方式操作。
在该方法中，变换器可以具有针对实施方式的变换器描述的多种结构中的任一种。
为了说明起见，变换器可以具有与第一二极管并联连接的第一电容。变换器可以具有与第二二极管并联连接的第二电容。该方法可以包括：对第二电容放电，以在电感器中的电流方向反转之后在第二二极管开始导通之前引入时间延迟。该方法可以包括：对第一电容放电，以在电感器中的电流方向的另一次反转之后在第一二极管开始导通之前引入时间延迟。
该方法可以通过根据多种实施方式中的任一种的变换器执行。变换器的控制设备可以控制至少一个可控开关的切换。
在多个实施方式的任一个中，第一可控开关和/或第二可控开关可以分别包括可控电力开关。第一可控开关和/或第二可控开关可以包括晶体管。第一可控开关和/或第二可控开关可以包括具有隔离栅电极的半导体开关。至少第一可控开关和/或第二可控开关可以包括场效应晶体管(FET)。至少一个可控开关可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
本发明还涉及一种操作用于将电流提供到发光装置的变换器的方法，其中，变换器包括接收直流电源电压的输入端、联接到该输入端的至少一个可控开关、串联连接的第一二极管和第二二极管、与第一二极管并联连接的第一电容和与第二二极管并联连接的第二电容、以及电感器，该电感器具有联接到至少一个可控开关的一个端子和联接到第一二极管的阳极和第二二极管的阴极的另一个端子，其中，该方法包括：控制至少一个可控开关的切换频率，以通过电感器、以及第一二极管和第二二极管中的至少一个在输入端与输出端之间传输电流。
在根据实施方式的设备、方法和系统中，变换器被配置为用于将电流提供到发光装置的DC/DC变换器。变换器提供针对短路的固有健壮性。
可以通过调节切换频率来控制输出电流。输出电流的控制可以被实现为不要求测量输出电流的开环控制。
附图说明
将参考附图详细地描述本发明的实施方式，其中，类似参考标号指示类似元件。
图1是包括根据一个实施方式的变换器的系统的视图。
图2是根据一个实施方式的变换器的电路图。
图3至图6是用于示出变换器的操作的根据一个实施方式的变换器的电路图。
图7示出根据一个实施方式的表示电感器电流和跨变换器的电感器的电压降的曲线图。
图8示出根据一个实施方式的输出电流作为变换器的负载电压的函数的图形表示。
图9示出根据一个实施方式的切换频率作为变换器的目标输出电流的函数的图形表示。
图10示出根据一个实施方式的用于变换器的脉冲操作的导通时间和截止时间的图形表示。
图11是根据另一个实施方式的变换器的电路图。
图12是根据另一个实施方式的变换器的电路图。
具体实施方式
现在将参考附图详细地描述本发明的示例性实施方式。
根据本发明的实施方式，用于将电流提供到发光装置的驱动器电路被配置为DC/DC变换器。变换器包括在变换器的输出端子之间串联连接的多个二极管。电感器连接至一个二极管的阴极和另一个二极管的阳极。在导通状态与截止状态之间切换至少一个可控开关，以调节在电感器的端子处的电势，并且通过在电感器与输出端之间传输电流，将输出电流提供到发光装置。
图1是根据一个实施方式的系统1的视图。系统1包括具有联接到交流(AC)电压的输入端的AC/DC变换器2。AC/DC变换器具有联接到电源总线5的输出端。
系统1包括根据一个实施方式的变换器6，这将参考图2至图12更详细地解释。变换器6的输入端连接至电源总线5。变换器6的输出端连接至发光装置8。具有相关发光装置的多于一个的变换器可以连接至电源总线5。
为了说明起见，可以设置至少一个又一变换器7。该又一变换器7的输入端连接至电源总线5。该又一变换器7的输出端连接至又一发光装置9。该又一变换器7还可以具有将在以下参考图2至图12更详细解释的结构中的任一种。
电源总线5可以被配置为如在IEC标准61140(例如，Protectionagainstelectricshock，第三版、2002)中定义的超低电压(ELV)。电源总线5上的电压可以小于120V。电源总线5和连接至电源总线5的变换器6、7可以形成单独或者安全的超低电压(SELV)系统。AC/DC变换器2可以包括电隔离(galvanicisolation)3。电隔离3可以通过变压器来实现。电隔离3可以限定电隔离屏障4，电隔离屏障4使ELV系统与高压分离。
发光装置8和又一发光装置9可以分别包括至少一个LED。发光装置8和又一发光装置9可以分别包括至少一个无机LED或者有机LED(OLED)。变换器6和又一变换器7可以分别作为用于包括至少一个OLED的发光装置的驱动器电路操作。
发光装置8和又一发光装置9可以具有相互不同的结构。为了说明起见，发光装置8和又一发光装置9可以包括不同数量的LED。发光装置8和又一发光装置9可以具有不同负载电压。变换器6和又一变换器7可以具有将电流馈送到连接至它们各自的输出端的发光装置的相同结构，这是因为电流仅呈现对负载电压的弱依赖，如参考图2至图12更详细解释的。
图2是根据一个实施方式的变换器10的电路图。变换器10是DC/DC变换器。
变换器10被实现为半桥谐振变换器。变换器10可以在谐振模式下操作。
变换器10包括具有第一输入端子11和第二输入端子12的输入端。在变换器的操作中，第一输入端子11和第二输入端子12连接至电源总线5。在第一输入端子11处的电势高于在第二输入端子12处的电势。
变换器10包括具有第一输出端子31和第二输出端子32的输出端。在变换器10的操作中，发光装置9连接至第一输出端子31和第二输出端子32。变换器10可操作以将电流馈送到发光装置9。
变换器10包括串联连接的第一二极管14和第二二极管15。第一二极管14的阳极连接至电感器13。第一二极管14的阴极联接到第一输出端子31，使得电感器电流可以从电感器13经由第一二极管14传输到第一输出端子31。
第二二极管15的阴极连接至电感器13。第二二极管14的阳极联接到第二输出端子32，使得可以将电流从第二输出端子32经由第二二极管15传输到电感器13。
变换器包括第一可控开关21和第二可控开关22。第一可控开关21和第二可控开关22可以分别包括晶体管。第一可控开关21和第二可控开关22可以分别包括具有隔离的栅极的晶体管。第一可控开关21和第二可控开关22可以分别是场效应晶体管(FET)。
第一可控开关21连接在第一输入端子11与电感器13的端子之间。第二可控开关22连接在第二输入端子21与电感器13的所述端子之间。电感器13的另一个端子连接至第一二极管14的阳极和第二二极管15的阴极。
在变换器10的操作中，第一可控开关21和第二可控开关22以交替方式切换。控制设备20联接到第一可控开关21和第二可控开关22，以分别使第一可控开关21和第二可控开关22导通和截止。控制设备21可以被实现为集成电路。控制设备20可以是被配置成分别将第一可控开关21和第二可控开关22切换到它们的导通状态和截止状态的微处理器、处理器、微控制器、控制器、或者专用集成电路(ASIC)，专用集成电路(ASIC)。控制设备20可以控制在第一可控开关21和第二可控开关22的栅极处的栅电压，以将第一可控开关21和第二可控开关22分别切换到它们的导通状态和截止状态。
通过以交替方式将第一可控开关21和第二可控开关22切换到导通状态，控制在电感器13的连接至第一可控开关21和第二可控开关22的端子处的电势，以经由串联连接的二极管14、15在电感器13与变换器10的输出端之间传输电流。如参考图9和图10更详细解释的，可以通过控制第一可控开关21和第二可控开关22的切换频率控制提供到发光装置9的变换器的输出电流。可以关于电感器13和电容16、17的谐振频率调节切换频率以调节输出电流。当变换器10被实现为半桥谐振变换器时，变换器10可以在谐振模式下操作。控制设备可以调节第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率，以设置变换器的输出电流。
可以根据目标输出电流在开控制环中设置切换频率，但是不要求执行输出电流的测量。还可以在闭控制环中设置切换频率。当拓扑和操作提供健壮系统时，闭环控制可以具有低响应特性。
变换器10包括与第一二极管14并联连接的第一电容16。变换器10包括与第二二极管15并联连接的第二电容17。第一电容16可以通过与第一二极管14并联连接的第一电容器形成。第二电容17可以通过与第二二极管15并联连接的第二电容器形成。
如参考图3至图7更详细解释的，当电感器13中的电感器电流具有第一方向并且电流从电感器13经过第一二极管14流到第一输出端子31时，给第二电容17充电。当电感器电流的方向反转，使得该电流具有与第一方向相反的第二方向时，对第二电容17放电。这在第二二极管15开始导通之前引入时间延迟。时间延迟导致在电感器13与变换器10的输出端之间传输的电流增加。
反之亦然，在电感器13中的电感器电流具有第二方向并且电流从第二输出端子32经过第二二极管15流到电感器13的同时，对第一电容16充电。当电感器电流的方向再次反转，使得电流具有第一方向时，第一电容16放电。这在第一二极管14开始导通之前引入时间延迟。该时间延迟导致在电感器13与变换器10的输出端之间传输的电流增加。
第一电容16和第二电容17以箝位谐振方式起作用。
与电感器13结合，第一电容16和第二电容17可以被选择为使得由变换器10提供到发光装置9的输出电流对负载电压仅具有弱依赖。输出电流在负载电压的预定义间隔上的变化可以被保持为比阈值小。第一电容16和第二电容17可以根据电感器13的电感来选择。
变换器10包括连接在连接至第一输入端子11的第一电源轨与第一输出端子31之间的一个电容25。变换器10包括连接在连接至第二输入端子12的电源轨与第二输出端子32之间的另一个电容26。电容25可以通过电容器形成，并且另一个电容26可以通过另一个电容器形成。提供电容25的电容器和提供另一个电容26的另一个电容器可以具有相同结构。电容25和另一个电容26分别在第一输入端子11与第一输出端子31之间、以及在第二输入端子12与第二输出端子32之间提供电容去耦。这使变换器的输出与电源电压去耦。
二极管(未示出)可以分别与电容26和另一个电容26并联连接。与电容25、26并联连接的二极管可以保证在ELV并且特别是SELV电势处操作的电压箝位。
电容器27可以连接在第一输出端子31与第二输出端子32之间。电容器27可以限制在输出处的电压变化。另选地或者另外地，电容器可以联接在输入端子11、12之间以用于增强的电源去耦。
变换器10可以包括与第一可控开关21并联连接的第三电容23。第三电容23可以通过第三电容器形成。
第三电容23被配置成限制跨第一可控开关21的电压降的时间导数。当第一可控开关21切换到其导通状态，同时电感器13中的电感器电流为非零时，第三电容23可以限制功耗。
变换器10可以包括与第二可控开关22并联连接的第四电容24。第四电容24可以通过第四电容器形成。第四电容24被配置成限制跨第二可控开关22的电压降的时间导数。当第二可控开关22切换至其导通状态，同时电感器13中的电感器电流为非零时，第四电容24可以限制功耗。
将参考图3至图7更详细地描述变换器10的操作。图3至图6示出变换器10的电路图。被实现为晶体管的第一可控开关和第二可控开关分别由开关41、42和与其并联连接的二极管43、44表示。二极管43、44由形成可控开关21、22的晶体管的半导体二极管提供。开关41、42的状态通过形成可控开关21、22的晶体管的栅电压确定。图7示出将电感器13中的电感器电流表示为时间的函数的曲线图61。图7还示出将电感器13的端子之间的电压表示为时间的函数(即，跨电感器13的电压降)的曲线图。图7还示出表示控制第一可控开关21和第二可控开关22的状态的控制信号的曲线图64。
图4示出由闭合的开关41表示的第一可控开关为导通状态的状态下的变换器10。电感器电流51具有第一方向。电流从第一输入端子11经过第一可控开关、电感器13、以及第一二极管14流到第一输出端子31。电流52从电感器13经过第一二极管14流到第一输出端子31。
充电电流53从电感器13流到第二电容17，直到对第二电容17充电为止。对第二电容17充电，直到在第二电容17处的电压等于输出端子31、32之间的负载电压减去第一二极管14的正向电压。
当对第二电容17充电并且在第二电容17处的电压等于负载电压减去第一二极管14的正向电压时，电感器13的端子之间的电压保持基本恒定。跨电感器13的电压降在该状态下约等于(VBus-Vload)/2，其中，VBus是在输入端子11、12之间的DC电源电压，并且Vload是发光装置9的负载电压。电感器电流51的幅值增加，直到第一可控开关被切换至截止状态为止。
图7示出电感器电流和恒定电感器电压的幅值在间隔71中线性增加。第一可控开关处于其导通状态。控制信号65可以被输出到第一可控开关，以将第一可控开关设置到导通状态。第二可控开关处于截止状态，以将电感器13与第二输入端子12之间的路径设置到高阻抗状态。
继续参考图7，第一可控开关在间隔71结束时被设置到截止状态。第一可控开关停止导通。电流在短间隔内流经形成二极管44的第二可控开关的主体。在电感器13的连接到第一可控开关和第二可控开关的端子处的电势降低，使得跨电感器13的电压在间隔72的开始处下降。在该状态下，第二电容17被最初充电，使得第二电容17的端子之间的电压等于输出端子31、32之间的负载电压Vload减去第一二极管14的正向电压。在该状态下跨电感器13的电压降约等于-(VBus+Vload)/2。经过电感器13的电感器电流减小。
第二可控开关在电感器电流具有零交叉之前切换至其导通状态。控制信号66被输出到第二可控开关以将第二可控开关设置到导通状态。控制信号66具有在电感器电流的零交叉之前出现的升上沿。第四电容器24限制跨第二可控开关的电压的时间导数。这降低好当第二可控开关被设置到导通状态时的功耗。在电感器电流零交叉之前，第二可控开关进入导通。第一可控开关保持在截止状态，同时第二可控开关处于导通状态。
当电感器电流具有其零交叉时，即，当电感器电流路径反转时，第二电容17被放电。该状态在图5和图7中在间隔73处示出。
图5示出当第二可控开关处于其导通状态并且第二电容17被放电时的变换器10。电感器电流54具有与图4中所示的第一方向相反的第二方向。放电电流55从第二电容17流到电感器13。同时，第一电容16被充电。充电电流56流到第一电容16。
第二电容17的放电处理导致在电感器电流反转其方向之后在第二二极管15进入导通之前的时间延迟。跨电感器13的电压降(即，在连接至可控开关的电感器端子与连接至二极管的电感器端子之间的电压)是-[(VBus-Vload)/2+V2]，其中，V2是在第二电容17的端子之间的电压。该电压V2最初约等于负载电压Vload，并且当第二电容17被放电时变为0。
电感器电流继续减小，同时在间隔73，第二电容17被放电并且第一电容16被充电。
随着第二电容17被放电，跨电感器的电压降VL的模量减小。至少对于间隔73的小部分，跨第二电容17的电压防止第二二极管15进入导通。
当第二二极管15开始导通时，电流从第二输出端子32经过第二二极管15、电感器13和第二可控开关流到第二输入端子12，直到第二可控开关被设置为其截止状态为止。
该状态对应于图7中的间隔74并且还在图6中示出。当第二电容17被充分放电时或者当第二电容17的端子之间的电压小于预定义阈值时，第二二极管15可以开始导通。经过第二二极管15的电流58可以流过电感器13和第二可控开关到第二输入端子12。电感器电流57还具有第二方向。第一电容16被充电，使得第一电容16的端子之间的电压基本等于输出端子31、32之间的负载电压减去第一二极管14的正向电压。
可以从图7中最好地看出，在间隔74中的电感器电流的时间导数的模量小于在间隔72和73中的电感器电流的时间导数的模量。在不具有第二电容17的变换器中，电感器电流比在间隔72和73内图7中所示的针对具有第二电容17的变换器的电感器电流更慢地减小。第二电容17增加电感器电流的幅度，这导致电流到变换器10的输出端的更有效的传输。每第一可控开关和第二可控开关的切换循环被传输到输出端的电荷量通过第二电容17增加。
在间隔74结束时，第二可控开关被设置为截止状态。在连接至可控开关的电感器13的端子处的电势增加，导致当第二可控开关被切换为截止时跨电感器13的电压降VL增加。在该状态下，跨电感器13的电压降约等于(VBus+Vload)/2，如图7中的间隔75内所示。在第二可控开关被切换到其截止状态之后，电感器电流51的幅值再次增加，如针对图7中的间隔75所示。
在电感器电流具有其零交叉之前，第一可控开关被再次设置为导通状态。控制信号67被施加至第一可控开关以将第一可控开关设置到导通状态。控制信号67具有在电感器电流的零交叉之前出现的上升沿。当第一可控开关在非零电感器电流被导通时，第三电容器23减小功耗。
在电感器电流具有其零交叉并且电感器中的电流路径反转之后，第一电容16被放电。该状态在图7中的间隔76中示出。电流从电感器13流到第一电容16以对第一电容16放电。第一电容16在该间隔内经由第一二极管14延迟导通。第二电容17被充电，同时第一电容16被放电。
第一电容16的放电处理导致在电感器中的电流方向反转之后在第一二极管14进入导通之前的延迟。跨电感器13的电压降(即，连接至可控开关的电感器端子与连接至二极管的电感器端子之间的电压)从VBus+Vload)/2减小到(VBus-Vload)/2，同时第二电容17在间隔76内被放电。
电感器电流继续增加，同时在间隔76中，第一电容16被放电并且第二电容17被充电。随着第一电容16被放电，跨电感器的电压降VL的模量减小。
至少对于间隔76的小部分，跨第一电容16的电压防止第一二极管14进入导通。
当第一二极管14开始导通时，电流从第一输入端子11经过第一可控开关、电感器13、以及第一二极管14流到第一输出端子31，直到第一可控开关被设置为其截止状态为止。该状态对应于图7中的间隔77。在该状态下，跨电感器13的电压降VL约等于(VBus-Vload)/2。电感器电流比在间隔75和76中更缓慢地继续增加。当第一电容16被充分放电时或者当第一电容16的端子之间的电压小于预定义阈值时，第一二极管14可以开始导通。
如图7中可以最好地看出，间隔77内的电感器电流的时间导数的模量小于间隔75和76内的电感器电流的时间导数的模量。在不具有第一电容16的变换器中，电感器电流比在间隔75和76内图7中所示的针对具有第一电容16的变换器的电感器电流更慢地增加。第一电容16增加电感器电流的幅度，这导致电流到变换器10的输出端的更有效传输。每第一可控开关和第二可控开关的切换循环被传输到输出端的电荷量通过第一电容16增加。
第一可控开关在间隔77结束时被设置到截止状态。然后，重复参考图7中的间隔72至77解释的循环。为了说明起见，当第一可控开关被设置为截止状态时，跨电感器的电压降减小，并且电感器电流减小，如图7中的间隔78中所示的并且如参考以上间隔72解释的。
第一可控开关被切换的切换频率可以被限定为在第一开关的连续导通操作或者连续截止操作之间的时段的倒数。
第一可控开关的切换频率可以被限定为被输出到第一可控开关的控制信号65、67的两个连续上升沿之间或者两个连续下降沿之间的时段的倒数。类似地，第二可控开关被切换的切换频率可以被限定为第二开关的连续导通操作或者连续截止操作之间的时段的倒数。第二可控开关的切换频率可以被限定为被输出到第二可控开关的控制信号66的两个连续上升沿之间或者两个连续下降沿之间的时段的倒数。
可以通过控制切换频率来控制被馈送到发光装置9的输出电流。可以实现不依赖于控制器的输出电流的任何测量的开环控制。切换频率可以基于一个或多个电压测量被设置，如参考图9解释的。
通过具有参考图2至图7解释的拓扑和操作的变换器获得多种效果。变换器允许通过第一可控开关和第二可控开关的切换频率来控制输出电流。变换器可以被安全地短路。该拓扑和操作提供抗短路电路条件的健壮性。这意味着检测短路检测条件不需要电流测量。与第一二极管14和第二二极管15并联连接的电容可以以箝位谐振方式起作用，并且可以结合电感器13的电感被选择，以提供经过发光装置9的负载电流，该负载电流在负载电压的至少给定范围内作为负载电压的函数几乎是恒定的。
图8示出作为负载电压的函数的根据实施方式的变换器的负载电流。负载电流在负载电压的广泛范围内仅很弱地取决于负载电压。这通过与第一二极管14和第二二极管15并联连接的电容结合电感器13的电感的相互作用获得。
可以通过切换频率的频率控制来控制变换器的输出电流。在目标输出电流的至少间隔内可以执行切换频率的频率控制。切换频率可以增加以减小输出电流。变换器10的控制设备20可以根据期望的目标输出电流调节切换频率。目标输出电流可以根据暗水平被设置。变换器10可以具有接收指定暗水平的命令的接口。变换器10可以被配置用于电力线通信。即，变换器10可以被配置成通过电源总线5接收指定暗水平的命令。变换器10的控制设备20可以监测输入端子11、12之间的电源电压以用于调制。变换器10的控制设备20可以对电源电压的调制进行解码以确定暗水平，并且可以根据暗水平设置切换频率。
图9示出切换频率可以如何被选择作为变换器的期望输出电流的函数。图9示出表示切换频率被设置为目标输出电流的函数的曲线图82。针对大于阈值83的目标输出电流，切换频率被设置为目标输出电流的函数并且随着目标输出电流改变。使用较小切换频率获得更大输出电流。切换频率可以增加以减小输出电流。从而，图9的示例示出非脉冲操作的变型例。当变换器10可以被实现为半桥谐振变换器时，其可以在谐振模式下操作。第一可控开关的切换频率和第二可控开关的切换频率可以设置变换器的输出电流。控制设备20可以使用多种技术来确定切换频率。控制设备20可以使用数据字段并且可以执行查找操作以将切换频率确定为输出电流的函数。控制设备20可以通过估计取决于目标输出电流的公式计算切换频率。
在一些实现中，控制设备20可以确定切换频率，使得切换频率关于目标输出电流线性地改变。在一些实现中，控制设备20可以确定切换频率，使得切换频率以非线性方式作为输出电流的函数改变。
为了说明起见，控制设备可以根据以下设置切换频率fsw
fsw＝a0+a1×lout+az×(lout)2(1)
其中，Iout表示目标输出电流。系数a0、a1和a2可以是可以在校准过程中确定的固定系数。
等式(1)中的系数a0、a1和a2中的至少一个可以取决于输入端子11、12之间的总线电压和/或输出端子31、32之间的负载电压。为了说明起见，控制设备20可以被配置成通过估计以下来设置频率fsw
fsw＝A0+A1×(lout/VBus)+A2×(Vload/Vbus)+
A3×(lout/VBus)2+A4×(lout/VBus)×(Vload/Vbus)+A5×(Vload/Vbus)2
(2)
其中，VBus表示输入端子11、12之间的总线电压，并且Vload表示当电流被馈送到发光装置时可以在输出端子31、32之间测量的负载的负载电压。系数A0、A1、A2、A3、A4和A5可以是固定系数。
甚至当根据总线电压和/或负载电压设置切换频率(如参考等式(2)解释的)时，执行电流控制不需要电流测量。电流控制可以被实现为开环控制，其不招致与实现输出电流的电流测量相关的功耗和附加成本。用于估计等式(2)的右手侧的总线电压和/或负载电压的测量不需要昂贵的组件并且不导致显著开销功耗。
变换器10的控制设备20可以被配置成在脉冲模式下操作第一可控开关21和第二可控开关。控制设备20可以在具有导通持续时间Ton的时段内以一切换频率切换第一可控开关21和第二可控开关22。
此后，第一可控开关21和第二可控开关22二者可以在具有截止持续时间Toff的时段内保持在截止状态。导通持续时间Ton和/或截止持续时间Toff可以作为目标输出电流的函数(即，作为暗水平的函数)改变。电流在具有导通持续时间Ton的时段(在此期间第一可控开关21和第二可控开关22被重复地切换)内被馈送到发光装置。可以通过调节Ton与(Ton+Toff)的比率来调节时间平均输出电流。
脉冲模式的操作可以被选择性地用于暗水平或者小于预定义阈值的目标输出电流。当采用脉冲操作时，在具有导通持续时间Ton的时段内的切换频率作为暗水平的函数可以保持恒定。
图10示出用于小于阈值83的目标输出电流的脉冲操作和用于大于阈值83的目标输出电流的非脉冲操作的组合。非脉冲操作构成具有利用图9的示例描述的可改变切换频率的操作，其中，切换频率被选择作为变换器的期望输出电流的函数。在阈值83以下，比率Ton/(Ton+Toff)随着目标输出电流增加。比率Ton/(Ton+Toff)可以关于目标输出电流线性地增加。控制设备20可以调节导通持续时间Ton，同时保持Ton+Toff(导通持续时间Ton和截止持续时间Toff的总和)恒定。当目标输出电流小于阈值83时，控制设备20可以选择导通持续时间Ton以关于目标输出电流线性地增加。对于大于阈值83的输出电流，在不执行切换的任何中断时段的情况下，切换第一可控开关21和第二可控开关22。
当目标输出电流低于阈值(83)时，控制设备(20)可以被配置成调节其切换第一可控开关和第二可控开关的第一时间间隔的长度和/或其不切换第一可控开关和第二可控开关的第二时间间隔的长度作为暗水平的函数。第一时间间隔是导通持续时间Ton。第二时间间隔是截止持续时间Toff。
可以在其它实施方式中实现根据实施方式的变换器的多种修改。
图11是根据一个实施方式的变换器90的电路图，其中，电容器91连接在第一输入端子11与第二输入端子12之间。附加电容器可以可选地连接在输出端子31、32之间，如针对图2至图6的变换器10的电容器27解释的。
在任一个实施方式中，二极管可以与电容器25和/或执行电源去耦的另一个电容器26并联连接。
图12是二极管101与电容器25并联连接的变换器100的电路图。另一个二极管102与另一个电容器26并联连接。二极管101和另一个二极管102提供过电压保护。这保证使变换器在ELV或者SELV电势处能够操作的电压箝位。
在参考图2至图12描述的任一个变换器中，可以选择对称结构，其中，第一电容16和第二电容17可以具有相同结构。可以选择这样的结构：第三电容23和第四电容24可以具有相同结构。可以选择这样的结构：电容25和另一个电容26可以具有相同结构。
虽然参考附图详细地描述了实施方式，但是可以在其它实施方式中实现修改。
为了说明而不是限制，虽然电容器可以与第一二极管和第二二极管并联连接，但是电容不需要通过专用电容器来实现。第一电容和第二电容可以分别是寄生电容。类似地，与第一可控开关并联连接的第三电容和/或与第二可控开关并联连接的第四电容可以被实现为电容器或者实现为寄生电容。类似地，电容25和又一电容26可以被实现为电容器或者寄生电容。
虽然描述了通过电力线通信传输指定暗水平的命令的实施方式，但是变换器可以具有用于接收控制命令和/或用于输出状态信息的专用接口。
根据实施方式的变换器可操作以例如从小于120V的电压操作。变换器固有地受短路负载保护。电流控制可以被实现为开环控制，该开环控制不要求任何电流测量。可以实现可选电流测量，以使得能够进行闭环控制或者可选安全功能。
本发明的实施方式可以在发光系统中使用。本发明的实施方式可以特别用于将电流馈送到无机LED或OLED的驱动器电路，而不限于此。

Claims (13)

1.一种用于将电流提供到发光装置(8、9)的变换器，所述变换器(6、7；10；90；100)包括：
输入端(11、12)，所述输入端(11、12)被配置成接收直流电源电压；
至少第一可控开关(21；41、43)和第二可控开关(22；42、44)，所述第一可控开关(21；41、43)电连接在所述输入端(11、12)与电感器(13)之间，所述第二可控开关(22；42、44)电连接在所述输入端(11、12)与所述电感器(13)之间；串联连接的第一二极管(14)和第二二极管(15)；与所述第一二极管(14)并联连接的第一电容(16)和与所述第二二极管(15)并联连接的第二电容(17)；
所述电感器(13)具有联接到所述至少一个可控开关(21、22；41-44)的一个端子、以及联接到所述第一二极管(14)的阳极和所述第二二极管(15)的阴极的另一个端子；以及
控制设备(20)，所述控制设备(20)控制所述第一可控开关(21；41、43)和所述第二可控开关(22；42、44)，其中，所述控制设备(20)被配置成调节所述第一可控开关(21；41、43)的切换频率和所述第二可控开关(22；42、44)的切换频率，以设置所述变换器(6、7；10；90；100)的输出电流。
2.根据权利要求1所述的变换器，
其中，所述第一二极管(14)的阴极联接到所述变换器(6、7；10；90；100)的第一输出端子(31)，并且所述第二二极管(15)的阳极联接到所述变换器(6、7；10；90；100)的第二输出端子(32)。
3.根据权利要求1或2所述的变换器，
其中，所述第二电容(17)被配置成在所述电感器(13)中的电流方向反转之后在所述第二二极管(15)开始导通之前引入时间延迟。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的变换器，
其中，所述第二电容(17)被配置成通过所述电感器(13)驱动所述第二电容(17)的放电电流(55)，直到在所述电感器(13)中的电流方向反转之后所述第二二极管(15)开始导通为止。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的变换器，
其中，所述控制设备(20)被配置成执行开环控制以设置所述变换器(6、7；10；90；100)的输出电流。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的变换器，
其中，所述控制设备(20)被配置成将所述第一可控开关(21；41、43)的切换频率和所述第二可控开关(22；42、44)的切换频率调节为所述直流电源电压和目标输出电流二者的函数。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的变换器，
其中，所述控制设备(20)被配置成当目标输出电流低于阈值(83)时，以脉冲方式选择性地控制所述第一可控开关(21；41、43)和所述第二可控开关(22；42、44)。
8.根据权利要求7所述的变换器，
其中，所述控制设备(20)被配置成关于所述目标输出电流线性地增加导通持续时间(Ton)。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的变换器，
其中，所述控制设备(20)被配置成在所述电感器(13)中的电流(61)具有零交叉之前，分别导通所述第一可控开关(21；41、43)或者所述第二可控开关(21、22；41-44)。
10.根据权利要求9所述的变换器，所述变换器还包括：
与所述第一可控开关(21、22；41-44)并联连接的第三电容(23)和与所述第二可控开关(21、22；41-44)并联连接的第四电容(24)。
11.一种系统，所述系统包括：
电压源总线(5)；
根据前述权利要求中的任一项所述的变换器(6、7；10；90；100)，其中，所述变换器(6、7；10；90；100)的所述输入端(11、12)连接至所述电压源总线(5)；以及
发光装置(8、9)，所述发光装置(8、9)连接至所述变换器(6、7；10；90；100)的输出端(31、32)。
12.根据权利要求11所述的系统，
其中，所述发光装置(8、9)包括至少一个发光二极管。
13.一种操作用于将电流提供到发光装置(8、9)的变换器(6、7；10；90；100)的方法，其中，所述变换器(6、7；10；90；100)包括：输入端(11、12)，所述输入端(11、12)接收直流电源电压；联接到所述输入端(11、12)的至少一个可控开关(21、22；41-44)；串联连接的第一二极管(14)和第二二极管(15)；与所述第一二极管(14)并联连接的第一电容(16)和与所述第二二极管(15)并联连接的第二电容(17)；以及电感器(13)，所述电感器(13)具有联接到所述至少一个可控开关(21、22；41-44)的一个端子、以及联接到所述第一二极管(14)的阳极和所述第二二极管(15)的阴极的另一个端子，其中，所述方法包括以下步骤：
控制所述至少一个可控开关(21、22；41-44)的切换频率，以经由所述电感器(13)、以及所述第一二极管(14)和所述第二二极管(15)中的至少一个在所述输入端(11、12)与所述输出端之间传输电流。
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